Đề tài nghiên cứu khoa học ứng dụng matlab để xây dựng một số chương trình tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo tcvn 5574 2012

Việc tớnh toỏn chớnh xỏc cấu kiện cột bờ tụng cốt thộp chịu nộn lệch tõm xiờn theo tiờu chuẩn Việt Nam TCXDVN 5574:2012 là khụng đơn giản.. Do đú, việc tớnh toỏn thiết kế kết cấu cột bờ

- -

NGUYỄN ĐỨC PHƯƠNG

ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG

- -

NGUYỄN ĐỨC PHƯƠNG

ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN KẾT CẤU BÊ TÔNG

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Giáo viên hướng dẫn: Ths LÊ THANH CAO

Đề tài nghiên cứu khoa học

MỤC LỤC

Mở đầu 3

Chương 1: Tổng quan 1.1 Khái niệm nén lệch tâm xiên 6

1.2 Nội lực để tính toán nén lệch tâm xiên 6

1.3 Sự làm việc nén lệch tâm xiên 7

1.4 Ứng suất trong cốt thép 9

1.5 Các trường hợp tính toán nén lệch tâm 10

1.6 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 5574:2012 11

1.7 Theo tiêu chuẩn Việt Nam 5574-1991 12

1.8 Theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-99 14

1.9 Các yêu cầu đặt ra đối với vấn đề tính toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên 16

Chương 2: Nghiên cứu cách đọc dữ liệu vào chương trình Matlab từ kết quả phân tích nội lực của phần mềm Etabs 2.1 Nội lực tính toán nén lệch tâm xiên 17

2.2 Viết chương trình để đọc nội lực vào Etabs 17

Chương 3: Nghiên cứu cách tổ hợp nội lực cột tự động theo tiêu chuẩn hiện hành 3.1 Cách tổ hợp nội lực theo tiêu chuẩn 20

3.2 Lập trình cách tổ hợp nội lực cột tự động 21

Chương 4: Xây dựng chương trình thiết kế cốt thép cột 4.1 Công thức gần đúng tính toán cốt thép nén lệch tâm xiên 24

4.2 Viết chương trình tính toán cốt thép nén lệch tâm xiên 27

Chương 5: Xây dựng giao diện chương trình thiết kế 5.1 Sơ lược về lập trình giao diện người dùng(guide) trong Matlab 32

5.2 Bắt đầu với theo tác Gui 33

5.3 Thiết kế giao diện (Gui) 36

5.4 Thực hiện hàm trong Guide 39

5.5 Lập trình các đối tượng chính 42

Chương 6: Kết luận

Đề tài nghiên cứu khoa học

6.1 Về chương trình tính gần đúng cốt thép 46 6.2 Một số hướng phát triển của đề tài 46

Chương 7: Tài liệu tham khảo 47

Đề tài nghiên cứu khoa học

MỞ ĐẦU

Bê tông cốt thép là một lĩnh vực nghiên cứu khó, tính toán cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên cũng vậy Việc tính toán chính xác cấu kiện cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 5574:2012 là không đơn giản

Ở nước ngoài, việc tính toán thiết kế kết cấu cột bê tông cốt thép được thực hiện

tự động bằng các phần mềm kết cấu dựa trên phươg pháp phần tử hữu hạn như SAP, ETABS Các tiêu chuẩn thiết kế được đưa vào trong phần mềm giúp cho người kỹ sư thiết kế cũng như điều chỉnh các phương án nhanh chóng, chính xác

Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép của Việt Nam chưa được đưa vào các phần mềm SAP, ETABS Do đó, việc tính toán thiết kế kết cấu cột bê tông cốt thép theo TCVN được thực hiện bán tự động theo quy trình: Sử dụng các phần mềm kết cấu để tính toán nội lực, tổ hợp nội lực thủ công và tính toán cốt thép Quy trình trên làm giảm năng suất thiết kế, đặc biệt là khó khăn trong việc thay đổi phương án thiết kế

Một số đề xuất được đưa ra nhằm sử dụng các tiêu chuẩn thiết kế của nước khác thông qua các hệ số quy đổi để thiết kế tự động kết cấu cột, tuy nhiên kết quả không giống với TCVN

Ngoài ra, tiêu chuẩn của các nước trên thế giới cũng như một số nghiên cứu của các tác giả ở Việt Nam đã xây dựng được các công thức gần đúng để tính toán cấu kiện cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên Tuy nhiên, sự phù hợp của các công thức gần đúng đó với tiêu chuẩn TCXDVN 5574:2012 là còn phải xem xét

Em xin chân thành cám ơn thầy Lê Thanh Cao đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành

đè tài này Em cũng rất biết ơn các thầy, cô ở trường Đại học Nha Trang đã truyền đạt cho em thêm nhiều kiến thức trong 4 năm học vừa qua

Đề tài nghiên cứu khoa học

1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỂ TÀI:

Thực tế tính toán thiết kế hiện nay phần lớn tính theo lệch tâm phẳng, điều này dẫn đến sai lệch trong thiết kế Do đó, đưa đến yêu cầu là cần phải có môt chương trình mang tính ứng dụng cao với mức độ chính xác đảm bảo và phù hợp với tiêu chuẩn TCXDVN 5574:2012

Vì vậy cần phải cho ra đời một phần mềm tính thép sử dụng miễn phí với những tính năng dễ sử dụng và áp dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam Việc xây dựng chương trình máy tính để tổ hợp và tính toán cho cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên theo TCXDVN 5574:2012 giúp người sử dụng có thể hoàn thành tốt công việc một cách

chính xác nhanh chóng Và đây chính là lý do hình thành nên đề tài: “Xây dựng chương

trình thiết kế cốt thép cột bê tông cốt thép (BTCT) tự động bằng phần mềm MATLAB”

2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:

Xây dựng một chương trình tự động hoá việc lấy dữ liệu các phần tử cột từ các chương trình ETABS tiến hành tổ hợp để tìm ra các nội lực nguy hiểm sau đó tính toán cốt thép và đưa ra các giải pháp lựa chọn cốt thép hợp lý

3.ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

- Cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm

- Cấu trúc dữ liệu nội lực cột

3.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

- Nghiên cứu tập trung vào tổ hợp ba thành phần nội lực cơ bản trong tính toán kết cấu cột: Lực dọc, momen và lực cắt

- Kết cấu cột nghiên cứu là cột hình chữ nhật chịu nén lệch tâm phẳng, lệch tâm xiên

4 CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

4.1 CÁCH TIẾP CẬN:

- Nghiên cứu cách đọc dữ liệu vào chương trình MATLAB từ kết quả phân tích nội lực của phần mềm ETABS

- Tìm hiểu cấu trúc dữ liệu nội lực kết cấu cột

- Xây dựng thuật toán tổ hợp nội lực cột tự động để tìm ra các tổ hợp nội lực dùng để thiết kế cốt thép

- Xây dựng chương trình thiết kế cốt thép cột theo các trường hợp: đúng tâm, lệch tâm phẳng, lệch tâm xiên từ kết quả nội lực

Đề tài nghiên cứu khoa học

4.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

- Mô hình kết cấu một khung bê tông cốt thép cụ thể, thiết kế cốt thép cột theo cách

thông thường

- Xây dựng thuật toán tổ hợp nội lực và thiết kế cốt thép theo TCVN

- So sánh kết quả tổ hợp nội lực tự động bằng chương trình với kết quả tổ hợp thủ công

- So sánh kết quả tính thép cột tự động với kết quả tính thép thủ công

5.BỐ CỤC ĐỀ TÀI:

Chương 1: Tổng Quan

Chương 2: Nghiên cứu cách đọc dữ liệu vào chương trình MATLAB từ kết quả phân

tích nội lực của phần mềm ETABS

Chương 3: Nghiên cứu cách tổ hợp nội lực cột tự động theo tiêu chuẩn hiện hành

Chương 4: Xây dựng chương trình thiết kế cốt thép cột theo các trường hợp:

đúng tâm, lệch tâm phẳng, lệch tâm xiên

Chương 5: Xây dựng giao diện chương trình

Chương 6: Kết Luận

Đề tài nghiên cứu khoa học

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN

1.1 KHÁI NIỆM NÉN LỆCH TÂM XIÊN:

- Nén lệch tâm xiên là trường hợp nén lệch tâm mà mặt phẳng uốn không chứa trục đối xứng của tiết diện

- Thực tế thường gặp ở tiết diện hình chữ nhật có hai trục đối xứng (tiết diện tròn không xảy ra nén lệch tâm xiên)

- Gọi hai trục đối xứng của tiết diện là Ox và Oy Góc giữa mặt phẳng uốn và trục Ox là o

M

Hình 1.1 Sơ đồ nội lực nén lệch tâm xiên

- Có thể phân mômen uốn M thành hai thành phần tác dụng trong hai mặt phẳng chứa trục Ox và Oy là Mx và My (Xem hình vẽ 1.1)

- Cột chịu nén lệch tâm xiên thường gặp trong các khung khi xét sự làm việc của cột đồng thời chịu uốn theo hai phương

- Tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm xiên thì cốt thép thường đặt theo chu vi và đối xứng qua hai trục Trường hợp Mx  My thì nên làm cột vuông

1.2 NỘI LỰC ĐỂ TÍNH TÓAN NÉN LỆCH TÂM XIÊN:

- Nội lực để tính tóan nén lệch tâm xiên được lấy từ kết quả tổ hợp tải trọng, trong đó cần chú ý đến các bộ ba nội lực (N, Mx, My) sau:

Đề tài nghiên cứu khoa học

M y

lớn

- Trong mỗi bộ ba nội lực, cần xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên ea theo mỗi phương

và ảnh hưởng uốn dọc theo từng phương Hệ số uốn dọc theo từng phương i được tính

theo công thức sau:

- Sơ đồ nội lực tính tính toán được đưa về thành lực N đặt tại điểm D có toạ độ

là x e ox và y e oy (Hình 1.2) Điểm E có thể nằm bên trong hoặc bên ngoài tiết diện, ở góc phần tư nào là phụ thuộc vào chiều tác dụng của Mx và My

- Sau khi xét độ lệch tâm ngẫu nhiên và uốn dọc thì mômen tác dụng theo 2 phương được tăng lên thành *

Hình 1.2 Sơ đồ nội lực với độ lệch tâm

1.3 SỰ LÀM VIỆC NÉN LỆCH TÂM XIÊN:

- Với cấu kiện làm bằng vật liệu đàn hồi và đồng nhất chịu nén lệch tâm xiên, có thể dùng phương pháp cộng tác dụng để tính ứng suất:

 =

F

N y J

M x J

M

y y

Điều kiện bền là hạn chế ứng suất  không được vượt quá ứng suất cho phép hoặc

cường độ tính toán của vật liệu

- Khi tính theo trạng thái giới hạn, do không thể tính riêng ứng suất của từng loại nội lực nên không thể dùng phương pháp cộng tác dụng mà phải xét tác dụng đồng thời

của N, M x , M y

- Khi chịu nén lệch tâm xiên, tuỳ theo vị trí điểm đặt lực cũng như tương quan giữa nội lực & kích thước tiết diện và cách bố trí cốt thép mà có thể xảy ra trường hợp toàn bộ tiết diện chịu nén hoặc một phần tiết diện chịu nén & một phần tiết diện chịu kéo

- Với tiết diện có một phần chịu nén thì vùng nén có thể ở 1 trong 4 dạng (Hình 1.3) Trong đó:

 Trục trung hoà là trục cách đỉnh chịu nén lớn nhất một đoạn xo

 Giới hạn vùng nén là đường thẳng cách đỉnh chịu nén lớn nhất một đoạn

x=x o ( = 0.80.85): đây là vùng bê tông chịu nén

X X

o

Hình 1.3 Các dạng của vùng nén

- Đến trạng thái giới hạn, ứng suất trong bê tông được xem là phân bố đều và đạt đến giá trị Rb Ứng suất trong những cốt thép ở xa trục trung hoà có thể đạt đến Rs (kéo) hoặc Rsc (nén), trong khi đó những cốt thép ở gần trục trung hoà ứng suất bé hơn

- Tuỳ theo quan điểm tính toán mà các tiêu chuẩn ở các nước đưa ra các cách tính ứng suất trong thanh thép i khác nhau

Đề tài nghiên cứu khoa học

1.4 ỨNG SUẤT TRONG CỐT THÉP:

1.4.1 Theo quan điểm ứng suất:

a) Với cốt thép chịu kéo (hoặc chịu nén ít hơn) A s:

Tiêu chuẩn TCXDVN 5574:2012 đưa ra

công thức thực nghiệm xác định s:

R

R h x

/1

 ; trong đó R

là hệ số thực nghiệm

Công thức này dùng cho bê tông có cấp bằng

hoặc nhỏ hơn B30, cốt thép nhóm CI, AI, CII,

AII, CIII, AIII (Rs  400) và chấp nhận khi x  ho

h x

21

Phân tích kết quả thực nghiệm thấy rằng 1 phụ

thuộc vào Rsc và thay đổi trong khoảng 1,52 (1 tăng khi

Rsc tăng) Để đơn giản hoá, chấp nhận giá trị 1 = 2 cho

mọi loại cốt thép (với Rsc  400Mpa)

1.4.2 Theo quan điểm biến dạng:

Xuất phát từ biến dạng của bê tông tại mép vùng nén

đã được quy định, dùng giả thiết tiết diện phẳng, khi biết

vị trí trục trung hòa (biết x0) và vị trí của thanh hoặc hàng

cốt thép thứ i (h0i) sẽ tính ra được biến dạng của nó là i

(xem hình 1.5)

i = oi c

x

x h

0 0



3



2 1

Hình 1.4 Ứng suất trong

cốt thép  i và  i ’

Đề tài nghiên cứu khoa học

Với cốt thép chịu kéo: điều kiện để i = Rs là:

x  ih0i (Với i = iT, T =

s

s c c

Đối với cốt thép chịu nén: điều kiện để '

1.5 CÁC TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN NÉN LỆCH TÂM

Từ phân tích các trường hợp nén lệch tâm, người ta đưa ra các trường hợp tính toán Trong việc này cũng có những quan điểm khác nhau

Một số nước Âu Mỹ phân chia ra hai trường hợp dựa vào vùng chịu nén: tiết diện chịu nén toàn bộ và tiết diện chịu nén một phần

Tiêu chuẩn thiết kế của Nga, Trung Quốc, Việt Nam phân chia ra hai trường hợp: nén lệch tâm lớn và nén lệch tâm bé dựa vào sự làm việc của cốt thép As, cũng tức là dựa vào giá trị của chiều cao vùng nén x

Khi x < Rh0: cốt thép As chịu kéo, ứng suất s đạt tới Rs, xảy ra phá hoại dẻo  trường hợp nén lệch tâm lớn

Khi x  Rh0: cốt thép As có thể chịu nén hoặc kéo mà ứng suất trong nó chưa đạt đến Rs hoặc Rsc, sự phá hoại bắt đầu từ bê tông vùng nén (phá hoại giòn)  trường hợp nén lệch tâm bé

Tiết diện làm việc theo trường hợp nào là phụ thuộc vào tương quan giữa M, N với kích thước tiết diện và sự bố trí cốt thép Khi M tương đối lớn, tiết diện làm việc gần với trường hợp chịu uốn, có vùng nén và vùng kéo rõ rệt Nếu cốt thép chịu kéo As

không quá lớn thì sự phá hoại sẽ bắt đầu từ vùng kéo, ta có trường hợp nén lệch tâm lớn Ngược lại, khi N tương đối lớn, phần lớn tiết diện chịu nén, sự phá hoại bắt đầu từ bê tông phía bị nén nhiều, có trường hợp nén lệch tâm bé

Tuy nhiên, trong tính toán thực hành, điều kiện để phân biệt các trường hợp nén lệch tâm chỉ là tương đối Có một số trường hợp, với tiết diện và điểm đặt lực N đã cho, khi thay đổi cốt thép có thể chuyển sự làm việc của tiết diện từ nén lệch tâm lớn sang nén lệch tâm bé và ngược lại Khi chuyển như vậy thì giá trị lực dọc tới hạn mà tiết diện chịu được Ngh thay đổi theo.( Tham khảo Tính Toán Tiết Diện Cột Bê Tông Cốt Thép của GS.Nguyễn Đình Cống )

Đề tài nghiên cứu khoa học

1.6 THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCXDVN 5574:2012

Theo tiêu chuẩn TCXDVN 5574:2012 [2], việc tính toán tiết diện tổng quát cần kiểm tra từ điều kiện:

M  (R b S b - si S si )

Trong đó:

- M: mômen trong cấu kiện chịu nén lệch tâm, là mômen do lực dọc N đối với trục song song với đường thẳng giới hạn vùng chịu nén và đi qua trọng tâm tiết diện các thanh cốt thép dọc chịu kéo nhiều nhất hoặc chịu nén ít nhất khi cấu kiện chịu nén lệch tâm

- Sb: mômen tĩnh của tiết diện vùng bê tông chịu nén đối với trục

- Ssi: mômen tĩnh của diện tích thanh cốt thép dọc thứ i đối với trục

- si: ứng suất trong thanh cốt thép dọc thứ i

Chiều cao vùng chịu nén x và ứng suất si được xác định từ việc giải đồng thời các phương trình:

.11

,

i

u sc

R sisi R sci (Rsci: mang dấu âm)

Ngoài ra, để xác định vị trí biên vùng chịu nén khi uốn xiên, phải tuân theo điều kiện bổ sung về sự song song của mặt phẳng tác dụng của mômen do nội lực và ngoại lực, còn khi nén và kéo lệch tâm xiên, phải tuân thủ thêm điều kiện: các điểm đặt của ngoại lực tác dụng dọc trục, của hợp lực nén trong bê tông và cốt thép chịu nén, và của hợp lực trong cốt thép chịu kéo (hoặc ngoại lực tác dụng dọc trục, hợp lực nén trong bê

tông và hợp lực trong toàn bộ cốt thép) phải nằm trên một đường thẳng (Hình 1.6)

Với:

- Asi: diện tích tiết diện thanh cốt thép dọc thứ i

- i: chiều cao tương đối vùng chịu nén của bê tông, i =

khoảng cách từ trọng tâm cốt thép thứ i đến trục đi qua điểm xa nhất của vùng chịu nén

song song với đường thẳng giới hạn vùng chịu nén (Hình 1.6)

- : đặt trưng vùng bê tông chịu nén, được xác định theo công thức:

 =  - 0.008Rb ( = 0.85 đối với với bê tông nặng)

- chỉ số i là sô thứ tự của thanh cốt thép đang xét (i = 1,2, ,n)

Đề tài nghiên cứu khoa học

C B

4 8

3 2 1

Hình 1.6 Sơ đồ nội lực và biểu đồ ứng suất trên tiết diện thẳng góc với trục dọc cấu

kiện bê tông cốt thép trong trường hợp tổng quát tính toán tiết diện theo độ bền

(Trong đó:

I-I: là mặt phẳng song song với mặt phẳng tác dụng của mômen uốn, hoặc mặt phẳng

đi qua điểm đặt của lực dọc và hợp của các nội lực kéo, nén

A: điểm đặt hợp lực trong cốt thép chịu nén và trong bê tông vùng chịu nén

B: điểm đặt của hợp lực trong cốt thép chịu kéo

C: điểm đặt ngoại lực)

1.7 THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM TCVN 5574-1991

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5574-1991 [3] chia ra 2 trường hợp lệch tâm để tính toán

bê tông chịu nén được xác lập từ điều kiện sau: điểm đặt lực dọc lệch tâm N, điểm đặt hợp lực vùng nén và điểm đặt hợp lực cốt thép vùng kéo phải nằm trên một đường thẳng

- Các điểm N, B, A trên hình 1.7 (Giống TCXDVN 5574:2012)

Đề tài nghiên cứu khoa học

B N

0: tương tự khi tính cấu kiện chịu uốn phẳng, được tra bảng phụ thuộc vào mác

bê tông và cường độ tính toán về kéo của cốt thép

h0B: khoảng cách từ điểm xa nhất của vùng kéo đến trục biên

Zb: khoảng cách từ trọng tâm diện tích vùng bê tông chịu lực nén Fb đến trục biên

Zai và Z’ai: khoảng cách từ cốt thép chịu kéo và chịu nén thứ i đến trục biên

Ứng suất trong cốt thép chịu kéo ai và trong cốt thép chịu nén ’ai lấy phụ thuộc khoảng cách ti, t’i tính từ trọng tâm của mỗi cốt thép đến đường thẳng giới hạn của vùng nén

Với cốt thép chịu kéo:

t



' 0

6.0Với cốt thép chịu nén:

+ Khi t’i  0.6x thì ’ ai = R’ a

+ Khi t’i  0.6x thì ’ ai = i a

R x

t

'6.0'

N N

N x  y 

Trong đó:

N: lực dọc tính toán khi tổng hợp tất cả các yếu tố tác động

Nx, Ny: khả năng chịu lực của tiết diện khi xét riêng về nén lệch tâm trong phương

x và y (nén lệch tâm phẳng)

N0: khả năng chịu lực khi nén đúng tâm

Đề tài nghiên cứu khoa học

1.8 THEO TIÊU CHUẨN MỸ ACI 318

Tính toán cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên có thể tiến hành theo 3 quy trình sau:

1.8.1 Tính cột lệch tâm theo một phương với độ lệch tâm tương đương:

Độ lệch tâm ex và ey của lực dọc trục được thay thế bằng độ lệch tâm tương đương

e0x Khi đó, cột chịu nén lệch tâm xiên được thiết kế như cột chịu nén lệch tâm 1 phương gồm lực dọc và độ lệch tâm e0x

Giá trị  được xác định như sau:

+ Nếu

g c

u

A f

P

'  0.4 thì  =

100000

400005

u f A f

P

 0.6

+ Nếu

g c

u

A f

P

' > 0.4 thì  =

100000

400003

.1

u f A f

f’c: độ bền nén của bê tông, psi

fy: giới hạn chảy của cốt thép, psi

Ag: diện tích của toàn bộ tiết diện, in2

x,y: kích thước các cạnh của tiết diện chữ nhật, in

Đề tài nghiên cứu khoa học

không thoả mãn  các giá trị x và y, ex và ey trong biểu

thức (*) được thay thế cho nhau tương ứng

Quy trình này chỉ được dùng trong trường hợp tiết diện cột đối xứng theo hai

phương và tỷ lệ kích thước của tiết diện

P - M -M MÆt cong tu¬ng t¸c

§õ¬ng bao t¶i träng

Mx0

My0 n MÆt ph¼ng P n

P



(b)

(c) (a)

y

x

M

MP

Hình 1.12 Mặt cong tương tác P n – M nx – M ny và điểm mômen tính toán

Quy trình này dùng phương pháp đường bao tải trọng để tính toán cột chịu nén lệch tâm xiên Theo đó, mặt phẳng trung gian làm thành một góc  với mặt phẳng POMx, cắt mặt cong tương tác Pn – Mnx – Mny tại đường cong (c) Mặt phẳng  là mặt phẳng phá hoại và (c) là đường phá hoại đối với cột chịu nén đồng thời với mômen uốn

Đường bao tải trọng là đường tạo thành giao diện giữa mặt phẳng Mnx – Mny tại cao độ Pn và mặt cong tương tác Khi đó, phương trình tương tác của đường bao tải trọng như sau:

2

0 1

nx

nx

M

M M

M

Trong đó:

Mnx = Pney (uốn phẳng) và Mnx0 = Mnx khi Mny = 0 (nén lệch tâm phẳng)

Mny = Pnex (uốn phẳng) và Mny0 = Mny khi Mnx = 0 (nén lệch tâm phẳng)

Đề tài nghiên cứu khoa học

Giá trị 1 và 2 phụ thuộc vào kích thước cột, đường kính và sự phân bố cốt thép cột, đặc trưng ứng suất – biến dạng của vật liệu thép và bê tông, chiều dày lớp bê tông bảo vệ, kích cở và loại cốt thép đai

Khi 1 = 2 = , phương trình trên được viết thành:

0 0

nx

nx

M

M M

M

Theo các kết quả nghiên cứu của Bresler, giá trị  = 1.15  1.55 đối với tiết diện chữ nhật, giá trị  càng gần với giá trị thấp thì càng an toàn

1.8.3 Phương pháp dùng phương trình tương tác Bresler:

Độ bền của cột chịu nén lệch tâm xiên có thể tính toán và kiểm tra theo phương trình:

0

11

11

n ny

nx

P    Trong đó:

Pu: lực dọc tính toán

Pnx: độ bền thiết kế theo lực nén dọc trục tương ứng với độ lệch tâm ex (với ey = 0)

Pny: độ bền thiết kế theo lực nén dọc trục tương ứng với độ lệch tâm ey (với ex = 0)

Pn0: độ bền thiết kế theo lực nén dọc trục tương ứng với độ lệch tâm ey = 0 và độ lệch tâm ey = 0

Phương trình này cũng tương tự như tính toán đối với cấu kiện lệch tâm bé trong TCVN 5574-1991, và tiêu chuẩn Trung Quốc GB 50010-2002

1.9 CÁC YÊU CẦU ĐẶT RA ĐỐI VỚI VẤN ĐỀ TÍNH TOÁN CẤU KIỆN BTCT CHỊU NÉN LỆCH TÂM XIÊN:

- Phải có sự kiểm tra lại đối với chương trình xây dựng mặt biểu đồ tương tác Trong đề tài luận văn này, đường lối để kiểm tra là cũng xây dựng mặt biểu đồ tương tác nhưng đi theo một hướng khác trong việc định ra các biến để từ đó xác định vùng

chịu nén

- Xây dựng sơ đồ khối chương trình tính gần đúng cốt thép để có thể áp dụng trong tính toán thực hành, để từ đó có thể xây dựng được một chương trình máy tính mang tính ứng dụng cao hơn (có thể tính gần đúng cốt thép và sau đó có thể kiểm tra lại

cốt thép đã bố trí bằng các biểu đồ tương tác được vẽ ra bởi chương trình máy tính)

- Một số đề xuất góp ý về các hệ số hiệu chỉnh trong công thức gần đúng để có

thể áp dụng trong thực tế tính toán cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên

Đề tài nghiên cứu khoa học

CHƯƠNG II:

NGHIÊN CỨU CÁCH ĐỌC DỮ LIỆU VÀO CHƯƠNG

TRÌNH MATLAB TỪ KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NỘI LỰC CỦA

PHẦN MỀM ETABS 2.1 NỘI LỰC ĐỂ TÍNH TOÁN NÉN LỆCH TÂM XIÊN:

- Khi tổ hợp nội lực để tính toán thông thường mỗi cột được xét it nhất hai tiết

diện, mỗi tiết diện có khoảng 9 trường hợp tính toán, như vậy mỗi cột có ít nhất 18

trường hợp tính toán Ngoài ra còn có các cặp tổ hợp đặc biệt

- Theo nguyên tắc thiết kế thì tiết diện cần phải đủ khả năng chịu tất cả các cặp

nội lực có thể xảy ra.Tuy vậy, khi dùng công thức để tính toán thì khối lượng tính toán

tăng lên nhiều Để giảm nhẹ khối lượng cần tìm cách bỏ bớt một số cặp, chỉ chọn ra một

số cặp thuộc loại bất lợp nhất để tính toán Khi tiết diện đủ khả năng chịu được các cặp

thuộc loại bất lợi nhất thì nó đủ khả năng chịu các cặp còn lại

- Việc chọn bao nhiêu cặp để tính toán không có quy định cụ thể, có thể là 2,3,4

hoặc nhiều hơn Nói chung dùng càng nhiều cặp để tính toán thì độ tin cậy càng cao

2.2 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐỂ ĐỌC NỘI LỰC VÀO ETABS

 Tìm hiểu ngôn ngữ: Sử dựng các lênh hay nhóm lệnh để tiến hành đọc dữ liệu

từ etabs mà mathlab

 Lệnh load:

a Chức năng: nạp file từ đĩa vào vùng làm việc

b Câu lệnh: load filename

c Giải thích: tập tin phải có dạng ma trận có nghĩ là số cột của hàng dưới

phải bằng của hàng trên Kết quả ta được một ma trận có số cột và số hàng

chính là số cột và số hàng của tập tin văn bản trên

c Giải thích: x: tên miền

d: tên vectơ có 2 phần tử, phần tử thứ nhất là số dòng , phần tử còn lại là số cột

m,n: biến m chứa số dòng, biến n chứa số cột

Đề tài nghiên cứu khoa học

 Lệnh For

a Chức nắng: Dùng để thực hiện 1 công việc cần lặp đi lặp lại theo một quy luật

với số bước lặp xác định trước

b Cú pháp: For biến điều khiển=giá trị ban đầu:giá trị cuối,

Thực hiện công việc;

Elseif biểu thức luận lý 2

Thực hiện công việc 2 Else

Thực hiện công việc 3;

- Sơ đồ quá trình đọc và xuất dữ liệu từ Etabs vào Mathlab:

% Lưu vào Handles

Đề tài nghiên cứu khoa học

CHƯƠNG III:

NGHIÊN CỨU CÁCH TỔ HỢP NỘI LỰC CỘT TỰ ĐỘNG

THEO TIÊU CHUẨN HIỆN HÀNH

3.1 CÁCH TỔ HỢP NỘI LỰC KHUNG THEO TIÊU CHUẨN:

- Nội lực để tính tóan nén lệch tâm xiên được lấy từ kết quả tổ hợp tải trọng, trong đó cần chú ý đến các bộ ba nội lực (N, Mx, My) sau:

- Sơ đồ nội lực tính tính toán được đưa về thành lực N đặt tại điểm D có toạ độ

là x e ox và y e oy (Hình 1.2) Điểm E có thể nằm bên trong hoặc bên ngoài tiết diện, ở góc phần tư nào là phụ thuộc vào chiều tác dụng của Mx và My

- Sau khi xét độ lệch tâm ngẫu nhiên và uốn dọc thì mômen tác dụng theo 2 phương được tăng lên thành *

Hình 1.2 Sơ đồ nội lực với độ lệch tâm

Đề tài nghiên cứu khoa học

- Tổ hợp nội lực cho cột khung không gian cần xét đến các trường hợp sau:

đó khi tổ hợp chỉ cần tìm Mxmax và Mymax là những mômen lớn nhất về giá trị tuyệt đối

mà không cần tìm giá trị lớn nhất của M dương và M âm Nếu có dự kiến đặt cốt thép không đối xứng thì bắt buộc phải tổ hợp để tìm được các bộ ba nội lực với Mx, My có giá trị dương lớn nhất và giá trị âm nhỏ nhất

3.2 LẬP TRÌNH CÁCH TỔ HỢP NỘI LỰC CỘT TỰ ĐÔNG:

- Sơ đồ quá trình tổ hợp nội lực trong Mathlab:

Đề tài nghiên cứu khoa học

 Code chương trình:

- for k=1:l

- for n=2:1:k+1

Đề tài nghiên cứu khoa học